EP1974439A1 - Electrical machine having a three-phase winding system - Google Patents

Electrical machine having a three-phase winding system

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Publication number
EP1974439A1
EP1974439A1 EP07703757A EP07703757A EP1974439A1 EP 1974439 A1 EP1974439 A1 EP 1974439A1 EP 07703757 A EP07703757 A EP 07703757A EP 07703757 A EP07703757 A EP 07703757A EP 1974439 A1 EP1974439 A1 EP 1974439A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
sub
winding
partial
groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07703757A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rolf Vollmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1974439A1 publication Critical patent/EP1974439A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine with a stator, the thirty-six slots and thirty-six teeth in an alternating sequence, as well as an at least partially disposed in the grooves winding system having three winding ⁇ comprises strands.
  • the partial windings of the three winding strands are completely interleaved.
  • three consecutive grooves are occupied by electrical conductors that belong to each other one of the three winding strands. Accordingly, would run the third winding phase in the third and the sixth groove in egg ⁇ ner réellenorial forming the first partial winding of the first phase winding in the first and the fourth groove, the first partial winding of the second phase winding in the second and the fifth groove, and the first partial winding ,
  • the slot assignment of the second partial windings connected in series with the respective first partial winding results from those of the first partial windings by adding six groove positions in each case.
  • electrical conductors of two different tooth coils can be arranged in a groove. Accordingly, would at a réellenitul embodiment, the first tooth coil of the first phase winding in the first and the second groove, the first tooth coil of the second winding ⁇ strand in the second and the third groove and the first tooth coil of the third winding phase in the third and fourth Grooved.
  • the slot assignment of the second tooth coils connected in series with the respective first tooth coil results from those of the first tooth coils by adding in each case three slot positions.
  • An electric machine according to the first embodiment has a relatively large winding head, whereas the second embodiment results in a comparatively small Alternutober Design.
  • the object of the invention is therefore to provide an electrical ⁇ specific machine of the kind referred to, which has a relative to the prior art cited improved performance.
  • the electric machine according to the invention is one in which a) the winding system contains a total of eighteen sub-coils installed in each case two Nu ⁇ th, so that between the ⁇ one of the sub-coils associated grooves of a different of the sub-coils associated groove b) each two of the sub-coils form one of nine nested sub-coil groups, wherein of the four adjacent slots belonging to a sub-coil group, the first and third slots of one sub-coil and the second and fourth slots of the other sub-coil of this sub-coil group are assigned, c) the two sub-coils of each sub-coil group are each assigned to two different winding phases, and d) a substantially unwound tooth is present in each case between two adjacent partial coil groups.
  • the electric machine according to the invention has a partial-mediated schachteltes winding system in which a particular Wi ⁇ ckel suits is provided 1-3. It is a very vorteilhaf ⁇ te intermediate form between the known embodiments with the fully nested winding system and with the
  • Tooth coil winding system Their ratio Nutiere / number of poles is between those of the known embodiments.
  • the electric machine according to the invention allows a re ⁇ tively small winding head height, as not all three, but in each case only two windings are interleaved. In addition, it has a high winding factor of more than 0.85 in particular.
  • the electric machine according to the invention has a larger Inteloberflä ⁇ surface of all grooves as an electric machine with a tooth coil winding system. This is favorable for the dissipation of heat resulting from copper losses in the electrical conductors of the winding system.
  • a variant in which a supply or cooling channel is arranged within the unwound teeth is favorable.
  • ⁇ by the electric machine can be provided with additional functionality.
  • the cooling can be improved so.
  • the unwound teeth are essentially freely accessible in the area of the winding heads, so that the mentioned channels can be connected very well here.
  • a number of poles in the range between fourteen and twenty-two, in particular of sixteen or twenty may be provided.
  • the electric machine has a particularly high winding factor, for example of about 0.945.
  • the complete pole number range is very well covered.
  • the behavior of the electrical machine can be interpreted very differently depending on the winding system used, but with the same stator lamination.
  • the electric machine is a permanent ⁇ excited machine, in which a equipped with permanent magnets ⁇ runner is provided.
  • Permanent magnet machines in particular permanent magnet synchronous machine as Synchronmo ⁇ motors, are nowadays often mass products, whose herstel ⁇ some flexibility development regarding the usability of the components is of particular importance.
  • inventive electric machine-laminations stand other machines ver ⁇ can contact preference as existing.
  • Low is a further variant in which a runner or as an outer ⁇ designed as internal rotor is provided.
  • the favorable winding system described above can be used in both embodiments with the advantages mentioned.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an electrical machine with a partially-interleaved winding system in cross-sectional view
  • FIG. 2 shows an embodiment of a winding diagram of the electric machine of FIG. 1
  • an embodiment of an electric Ma ⁇ machine 1 is shown in cross-sectional view. It is designed as a permanent-magnet synchronous motor and includes a stator 2 and a rotor 3 which is rotatably mounted about a rotation axis 4.
  • the rotor 3 is an inner rotor, which is provided in the embodiment with a total of sixteen evenly distributed over the circumference of the permanent magnet 5.
  • the stator 2 contains on its inner wall facing the rotor 3 a plurality of grooves 6 distributed uniformly over the circumference in the exemplary embodiment of FIG. 1, between each of which a tooth 7 is arranged. They are connected by an outer circumferential yoke 8. Within the grooves 6 extend electrical conductors 9 of a three-phase winding system 10.
  • the winding system 10 has a comparatively high Nutzpoliere of sixteen.
  • the ratio utility number / number of poles is 2.25.
  • the magnetic field induced in the teeth 7 is low. Consequently, the yoke 8 can be relative narrow, ie with low radial extent, running. Nevertheless, there is no impairment in the magnetic flux guidance. Overall, results in a compact design with a low weight.
  • the winding system 10 is realized by means of eighteen sub-coils 11 to 28.
  • Each of the partial coils 11 to 28 is wound with a so-called winding step 1-3.
  • two of the partial coils 11 to 28 form one of nine nested partial coil groups 29.
  • a substantially unwound tooth 30 is present in each case.
  • Cooling channel 31 which is made for example by means of a longitudinal bore in the direction of the axis of rotation 4.
  • the cooling channels 31 are connected or deflected in the region of winding heads 32 and 33 in a manner not shown in detail.
  • the cooling channels 31 are not mandatory. They can also be omitted. Instead of it can also be provided in alternative embodiments, not shown differently configured supply channels.
  • the winding system 10 is three-stranded. It includes three windings 34, 35 and 36.
  • the first Wick ⁇ is lung strand 34 of the second winding phase with a solid line, shown 35 in dotted lines and the third phase winding 36 with dash-dotted lines.
  • the one sub-coil 13, 14, 15, 19, 20, 21, 25, 26 or 27 and the other sub-coil 11, 12, 16, 17, 18, 22, 23, 24 or 28 of each sub-coil group 29 are each two different ones of the three Winding strands 34, 35 and 36 assigned.
  • Each of the winding strands 34, 35 and 36 is composed of two parallel-connected partial winding strands 37 and 38, 39 and 40 or 41 and 42 together.
  • the partial winding strands 37 to 42 each comprise a series connection of three of the partial coils 11 to 28.
  • the first partial winding strand 37 of the first winding strand 34 are the second and the fourth groove for the first partial coil 11,
  • the second sub-winding strand 38 of the first winding strand 34 are the thirty-third and thirty-fifth slots for the fourth sub-coil 14,
  • the first, second and sixth partial ⁇ coil 11, and 16 a first same winding sense.
  • the third, fourth and fifth sub-coil 13, 14, and 15 are wound in opposite directions. So you have a same second winding sense, which is opposite to the first sense of winding.
  • the Nutbelegungen the second and third phase winding 35 and 36 are compared with the slot filling of the first phase winding 34 by a modulo 36 shift given at four and twenty ⁇ or twelve slot positions. This corresponds to a mechanical displacement of 240 ° or 120 °.
  • the resulting winding system 10 is partially interleaved ⁇ . It is between the knownLists ⁇ forms of a complete, so three-strand interleaved winding system and a non-nested Zahnspulen- winding system.
  • the electric machine 1 has a low height of the winding heads ⁇ 32 and 33 and a high winding factor of about 0.945. It also has a very good heat dissipation due to the large wall surface facing the entire surface of all grooves 6 and the optional cooling channels 31. Also favorable are the compact design and low weight. Advantageously, it is also possible to resort to existing stator laminations of other electrical machines. This increases flexibility and avoids new costly investments.

Abstract

The electrical machine has a stator, which comprises thirty-six slots and thirty-six teeth with an alternating sequence and a winding system (10) which is arranged at least partially in the slots and has three winding phases (34, 35, 36). The winding system (10) contains in total eighteen coil elements (11-28), which are laid in in each case two slots, with the result that a slot associated with another of the coil elements (11, 12, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 28) is located between the two slots associated with one of the coil elements (13, 14, 15, 19, 20, 21, 25, 26, 27). In each case two of the coil elements (11-28) form one of nine interwound groups of coil elements (29), wherein, of the four adjacent slots belonging to a group of coil elements (29), the first and the third slot are associated with one coil element (13, 14, 15, 19, 20, 21, 25, 26, 27), and the second and the fourth slot are associated with the other coil element (11, 12, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 28) in this group of coil elements (29). The two coil elements (11-28) of each group of coil elements (29) are associated with in each case two different winding phases (34, 35, 36). In each case one substantially unwound tooth (30) is provided between two adjacent groups of coil elements (29).

Description

Beschreibungdescription
Elektrische Maschine mit einem dreisträngigen WicklungssystemElectric machine with a three-strand winding system
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Ständer, der sechsunddreißig Nuten und sechsunddreißig Zähne in abwechselnder Reihenfolge sowie ein zumindest teilweise in den Nuten angeordnetes Wicklungssystem mit drei Wicklungs¬ strängen umfasst.The invention relates to an electrical machine with a stator, the thirty-six slots and thirty-six teeth in an alternating sequence, as well as an at least partially disposed in the grooves winding system having three winding ¬ comprises strands.
Für eine derartige, insbesondere als permanenterregte Syn¬ chronmaschine ausgeführte elektrische Maschine gibt es der¬ zeit im Wesentlichen zwei verschiedene Ausführungsformen, die sich durch den Aufbau ihres jeweiligen Wicklungssystems von- einander unterscheiden.For such, in particular as a permanently excited Syn ¬ chronmaschine running electrical machine, there is the time ¬ essentially two different embodiments, which differ from one to each other by the structure of their respective coil system.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Teilwicklungen der drei Wicklungsstränge komplett ineinander verschachtelt. Bei¬ spielsweise sind also drei aufeinander folgende Nuten mit elektrischen Leitern belegt, die zu jeweils einem anderen der drei Wicklungsstränge gehören. Dementsprechend würde bei ei¬ ner zwölfnutigen Ausbildung die erste Teilwicklung des ersten Wicklungsstrangs in der ersten und der vierten Nut, die erste Teilwicklung des zweiten Wicklungsstrangs in der zweiten und der fünften Nut und die erste Teilwicklung des dritten Wicklungsstrangs in der dritten und der sechsten Nut verlaufen. Die Nutbelegung der in Reihe zur jeweiligen ersten Teilwicklung geschalteten zweiten Teilwicklungen ergeben sich aus denjenigen der ersten Teilwicklungen durch eine Addition von jeweils sechs Nutpositionen. Dieses Wicklungssystem hat eine Polzahl von vier, also eine Nutzpolpaarzahl von zwei, sodass ein Verhältnis von Nutzahl (= 12) zu Polzahl (= 4) den Wert 3 annimmt. Für erste Ausführungsformen ist dies ein typischer Mindestwert. Bei einer alternativen ersten Ausführungsform ist eine Nutzahl von achtundvierzig und eine Polzahl von sechzehn vorgesehen, sodass sich wieder ein Verhältniswert von 3 ergibt . Bei der zweiten Ausführungsform sind die Teilwicklungen der drei Wicklungsstränge - abgesehen von einer Verschaltung im Bereich des Wickelkopfs - vollständig voneinander separiert. Als Teilwicklungen kommen sog. Zahnspulen zum Einsatz, die insbesondere jeweils in zwei benachbarte Nuten eingesetzt sind und den zwischen den beiden benachbarten Nuten liegenden Zahn umschließen. Dabei können in einer Nut elektrische Leiter von zwei verschiedenen Zahnspulen angeordnet sein. Dementsprechend würde bei einer sechsnutigen Ausbildung die ers- te Zahnspule des ersten Wicklungsstrangs in der ersten und der zweiten Nut, die erste Zahnspule des zweiten Wicklungs¬ strangs in der zweiten und der dritten Nut und die erste Zahnspule des dritten Wicklungsstrangs in der dritten und der vierten Nut verlaufen. Die Nutbelegung der in Reihe zur je- weiligen ersten Zahnspule geschalteten zweiten Zahnspulen ergeben sich aus denjenigen der ersten Zahnspulen durch eine Addition von jeweils drei Nutpositionen. Auch dieses Wicklungssystem hat eine Polzahl von vier, sodass ein Verhältnis von Nutzahl (= 6) zu Polzahl (= 4) den Wert 1,5 annimmt. Für zweite Ausführungsformen ist dies ein typischer Höchstwert. Bei einer alternativen zweiten Ausführungsform ist eine Nutzahl von vierundzwanzig und eine Polzahl von sechzehn vorgesehen, sodass sich wieder ein Verhältniswert von 1,5 ergibt.In the first embodiment, the partial windings of the three winding strands are completely interleaved. In ¬ example, so three consecutive grooves are occupied by electrical conductors that belong to each other one of the three winding strands. Accordingly, would run the third winding phase in the third and the sixth groove in egg ¬ ner zwölfnutigen forming the first partial winding of the first phase winding in the first and the fourth groove, the first partial winding of the second phase winding in the second and the fifth groove, and the first partial winding , The slot assignment of the second partial windings connected in series with the respective first partial winding results from those of the first partial windings by adding six groove positions in each case. This winding system has a number of poles of four, that is, a Nutzpolpaarzahl of two, so that a ratio of Nutzahl (= 12) to Polzahl (= 4) assumes the value 3. For first embodiments, this is a typical minimum value. In an alternative first embodiment, a payload of forty-eight and a pole number of sixteen are provided so that a ratio of three again results. In the second embodiment, the partial windings of the three winding strands - apart from an interconnection in the winding head - completely separated from each other. As partial windings are so-called. Dental coils are used, which are in particular used in each case in two adjacent grooves and enclose the lying between the two adjacent grooves tooth. In this case, electrical conductors of two different tooth coils can be arranged in a groove. Accordingly, would at a sechsnutigen embodiment, the first tooth coil of the first phase winding in the first and the second groove, the first tooth coil of the second winding ¬ strand in the second and the third groove and the first tooth coil of the third winding phase in the third and fourth Grooved. The slot assignment of the second tooth coils connected in series with the respective first tooth coil results from those of the first tooth coils by adding in each case three slot positions. This winding system also has a number of poles of four, so that a ratio of number of slots (= 6) to number of poles (= 4) assumes the value 1.5. For second embodiments, this is a typical maximum. In an alternative second embodiment, a payload of twenty-four and a pole number of sixteen are provided so that a ratio of 1.5 again results.
Eine elektrische Maschine gemäß der ersten Ausführungsform hat einen verhältnismäßig großen Wickelkopf, wohingegen die zweite Ausführungsform zu einer vergleichsweise kleinen Gesamtnutoberfläche führt .An electric machine according to the first embodiment has a relatively large winding head, whereas the second embodiment results in a comparatively small Gesamtnutoberfläche.
Die Aufgabe der Erfindung liegt deshalb darin, eine elektri¬ sche Maschine der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die ein gegenüber dem genannten Stand der Technik verbessertes Verhalten aufweist .The object of the invention is therefore to provide an electrical ¬ specific machine of the kind referred to, which has a relative to the prior art cited improved performance.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine handelt es sich um eine solche, bei der a) das Wicklungssystem insgesamt achtzehn in jeweils zwei Nu¬ ten verlegte Teilspulen enthält, sodass zwischen den bei¬ den einer der Teilspulen zugeordneten Nuten eine einer anderen der Teilspulen zugeordnete Nut liegt, b) jeweils zwei der Teilspulen eine von neun verschachtelten Teilspulengruppen bilden, wobei von den vier benachbarten und zu einer Teilspulengruppe gehörigen Nuten die erste und die dritte Nut der einen Teilspule und die zweite und die vierte Nut der anderen Teilspule dieser Teilspulen- gruppe zugeordnet sind, c) die beiden Teilspulen jeder Teilspulengruppe jeweils zwei verschiedenen Wicklungssträngen zugeordnet sind, und d) zwischen zwei benachbarten Teilspulengruppen jeweils ein im Wesentlichen unbewickelter Zahn vorhanden ist.This object is achieved by the features of independent claim 1. The electric machine according to the invention is one in which a) the winding system contains a total of eighteen sub-coils installed in each case two Nu ¬ th, so that between the ¬ one of the sub-coils associated grooves of a different of the sub-coils associated groove b) each two of the sub-coils form one of nine nested sub-coil groups, wherein of the four adjacent slots belonging to a sub-coil group, the first and third slots of one sub-coil and the second and fourth slots of the other sub-coil of this sub-coil group are assigned, c) the two sub-coils of each sub-coil group are each assigned to two different winding phases, and d) a substantially unwound tooth is present in each case between two adjacent partial coil groups.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine hat ein teil-ver- schachteltes Wicklungssystem, bei dem insbesondere ein Wi¬ ckelschritt 1-3 vorgesehen ist. Sie ist eine sehr vorteilhaf¬ te Zwischenform zwischen den bekannten Ausführungsformen mit dem komplett verschachtelten Wicklungssystem und mit demThe electric machine according to the invention has a partial-mediated schachteltes winding system in which a particular Wi ¬ ckelschritt is provided 1-3. It is a very vorteilhaf ¬ te intermediate form between the known embodiments with the fully nested winding system and with the
Zahnspulen-Wicklungssystem. Ihr Verhältnis Nutzahl/Polzahl liegt zwischen denjenigen der bekannten Ausführungsformen. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ermöglicht eine re¬ lativ geringe Wickelkopfhöhe, da nicht alle drei, sondern je- weils nur zwei Wicklungsstränge ineinander verschachtelt sind. Außerdem hat sie einen hohen Wickelfaktor von insbesondere über 0,85. Bei vergleichbarer Polzahl hat die erfindungsgemäße elektrische Maschine eine größere Gesamtoberflä¬ che aller Nuten als eine elektrische Maschine mit einem Zahnspulen-Wicklungssystem. Dies ist günstig für die Abfuhr der aufgrund der Kupferverluste in den elektrischen Leitern des Wicklungssystems entstehenden Wärme.Tooth coil winding system. Their ratio Nutzahl / number of poles is between those of the known embodiments. The electric machine according to the invention allows a re ¬ tively small winding head height, as not all three, but in each case only two windings are interleaved. In addition, it has a high winding factor of more than 0.85 in particular. At a comparable number of poles, the electric machine according to the invention has a larger Gesamtoberflä ¬ surface of all grooves as an electric machine with a tooth coil winding system. This is favorable for the dissipation of heat resulting from copper losses in the electrical conductors of the winding system.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektri- sehen Maschine ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche. Günstig ist eine Variante, bei der innerhalb der unbewickel- ten Zähne ein Versorgungs- oder Kühlkanal angeordnet ist. Da¬ durch kann die elektrische Maschine mit einer zusätzlichen Funktionalität versehen werden. Insbesondere lässt sich die Kühlung so verbessern. Die unbewickelten Zähne sind im Bereich der Wickelköpfe im Wesentlichen frei zugänglich, sodass die genannten Kanäle hier sehr gut angeschlossen werden können .Advantageous embodiments of the inventive electrical machine see resulting from the features of the dependent of claim 1 claims. A variant in which a supply or cooling channel is arranged within the unwound teeth is favorable. As ¬ by the electric machine can be provided with additional functionality. In particular, the cooling can be improved so. The unwound teeth are essentially freely accessible in the area of the winding heads, so that the mentioned channels can be connected very well here.
Weiterhin kann eine Polzahl im Bereich zwischen vierzehn und zweiundzwanzig, insbesondere von sechzehn oder zwanzig, vorgesehen sein. Dann hat die elektrische Maschine einen besonders hohen Wicklungsfaktor, beispielsweise von etwa 0,945. Bei dem gegebenen Ständer-Blechschnitt mit den sechsunddrei- ßig Nuten ist damit der komplette Polzahl-Bereich sehr gut abgedeckt . So kann für geforderte Polzahlen zwischen zwei und zwölf insbesondere ein komplett verschachteltes Wicklungssys¬ tem, für geforderte Polzahlen zwischen vierzehn und zweiundzwanzig vorzugsweise das erfindungsgemäße teil-verschachtelte Wicklungssystem und für geforderte Polzahlen von mindestens vierundzwanzig vorteilhafterweise ein Zahnspulen-Wicklungs¬ system vorgesehen werden. Folglich lässt sich das Verhalten der elektrischen Maschine je nach verwendetem Wicklungssystem, aber bei jeweils gleichem Ständer-Blechschnitt sehr un- terschiedlich auslegen.Furthermore, a number of poles in the range between fourteen and twenty-two, in particular of sixteen or twenty, may be provided. Then the electric machine has a particularly high winding factor, for example of about 0.945. For the given stator lamination with the thirty-six grooves, the complete pole number range is very well covered. Thus, for required number of contacts from two to twelve in particular a completely nested Wicklungssys ¬ tem for required number of contacts between fourteen and twenty-two preferably partially interleaved winding system of the invention and for required number of poles of at least twenty-four advantageously a tooth Coil Winding ¬ system are provided. Consequently, the behavior of the electrical machine can be interpreted very differently depending on the winding system used, but with the same stator lamination.
Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine permanenter¬ regte Maschine, bei der ein mit Permanentmagneten ausgestat¬ teter Läufer vorgesehen ist. Permanenterregte Maschinen, ins- besondere permanenterregte Synchronmaschinen wie Synchronmo¬ toren, sind heute oftmals Massenprodukte, bei deren Herstel¬ lung eine gewisse Flexibilität hinsichtlich der Verwendbarkeit der Komponenten von besonderer Bedeutung ist. Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine lassen sich vorzugs- weise bestehende Ständer-Blechschnitte anderer Maschinen ver¬ wenden . Günstig ist weiterhin eine Variante, bei der ein als Außen¬ läufer oder als Innenläufer ausgebildeter Läufer vorgesehen ist. Das vorstehend beschriebene günstige Wicklungssystem kann bei beiden Ausführungsformen mit den genannten Vorteilen eingesetzt werden.Preferably, the electric machine is a permanent ¬ excited machine, in which a equipped with permanent magnets ¬ runner is provided. Permanent magnet machines, in particular permanent magnet synchronous machine as Synchronmo ¬ motors, are nowadays often mass products, whose herstel ¬ some flexibility development regarding the usability of the components is of particular importance. In the inventive electric machine-laminations stand other machines ver ¬ can contact preference as existing. Low is a further variant in which a runner or as an outer ¬ designed as internal rotor is provided. The favorable winding system described above can be used in both embodiments with the advantages mentioned.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:Further features, advantages and details of the invention ¬ follow from the following description of embodiments with reference to the drawing. It shows:
FIG 1 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine mit einem teil-verschachtelten Wicklungssystem in Querschnittsdarstellung und1 shows an embodiment of an electrical machine with a partially-interleaved winding system in cross-sectional view and
FIG 2 ein Ausführungsbeispiel für ein Wicklungsschema der elektrischen Maschine von FIG 1.2 shows an embodiment of a winding diagram of the electric machine of FIG. 1
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in Figures 1 and 2 with the same reference numerals.
In FIG 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Ma¬ schine 1 in Querschnittsdarstellung gezeigt. Sie ist als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet und enthält einen Ständer 2 sowie einen Läufer 3, der um eine Drehachse 4 drehbar gelagert ist. Der Läufer 3 ist ein Innenläufer, der im Ausführungsbeispiel mit insgesamt sechzehn gleichmäßig über den Umfang verteilten Permanentmagneten 5 versehen ist. Der Ständer 2 enthält an seiner dem Läufer 3 zugewandten inneren Wandung mehrere, im Ausführungsbeispiel von FIG 1 insgesamt sechsunddreißig, gleichmäßig über den Umfang verteilte Nuten 6, zwischen denen jeweils ein Zahn 7 angeordnet ist. Sie sind durch ein außen umlaufendes Joch 8 miteinander verbunden. Innerhalb der Nuten 6 verlaufen elektrische Leiter 9 eines dreisträngigen Wicklungssystems 10. Das Wicklungssystem 10 hat eine vergleichsweise hohe Nutzpolzahl von sechzehn. Das Verhältnis Nutzahl/Polzahl beträgt 2,25.In FIG 1, an embodiment of an electric Ma ¬ machine 1 is shown in cross-sectional view. It is designed as a permanent-magnet synchronous motor and includes a stator 2 and a rotor 3 which is rotatably mounted about a rotation axis 4. The rotor 3 is an inner rotor, which is provided in the embodiment with a total of sixteen evenly distributed over the circumference of the permanent magnet 5. The stator 2 contains on its inner wall facing the rotor 3 a plurality of grooves 6 distributed uniformly over the circumference in the exemplary embodiment of FIG. 1, between each of which a tooth 7 is arranged. They are connected by an outer circumferential yoke 8. Within the grooves 6 extend electrical conductors 9 of a three-phase winding system 10. The winding system 10 has a comparatively high Nutzpolzahl of sixteen. The ratio utility number / number of poles is 2.25.
Aufgrund der hohen Polzahl ist das in den Zähnen 7 induzierte Magnetfeld niedrig. Folglich kann auch das Joch 8 relativ schmal, d.h. mit geringer radialer Ausdehnung, ausgeführt werden. Es kommt trotzdem zu keiner Beeinträchtigung in der magnetischen Flussführung. Insgesamt resultiert eine kompakte Bauform mit einem niedrigen Gewicht.Due to the high number of poles, the magnetic field induced in the teeth 7 is low. Consequently, the yoke 8 can be relative narrow, ie with low radial extent, running. Nevertheless, there is no impairment in the magnetic flux guidance. Overall, results in a compact design with a low weight.
Details des Wicklungssystems 10 sind dem vereinfachten Wick¬ lungsschema gemäß FIG 2 zu entnehmen. Wie ersichtlich, ist das Wicklungssystem 10 mittels achtzehn Teilspulen 11 bis 28 realisiert. Jede der Teilspulen 11 bis 28 ist mit einem soge- nannten Wickelschritt 1-3 gewickelt. Dies bedeutet, dass zwi¬ schen den beiden Nuten 6, in denen die elektrischen Leiter 9 einer der Teilspulen 11 bis 28 verlaufen, jeweils eine weitere der Nuten 6 angeordnet ist.Details of the winding system 10 are shown in the simplified Wick ¬ ment scheme according to FIG 2. As can be seen, the winding system 10 is realized by means of eighteen sub-coils 11 to 28. Each of the partial coils 11 to 28 is wound with a so-called winding step 1-3. This means that interim rule ¬ the two grooves 6, which electrical conductors extend in which one of the 9 sub-coils 11 to 28, in each case another of the grooves 6 is arranged.
Jeweils zwei der Teilspulen 11 bis 28 bilden eine von neun verschachtelten Teilspulengruppen 29. Von den vier benachbarten und zu einer Teilspulengruppe 29 gehörigen Nuten ist die erste und die dritte Nut der einen Teilspule 13, 14, 15, 19, 20, 21, 25, 26 oder 27 und die zweite und die vierte Nut der anderen Teilspule 11, 12, 16, 17, 18, 22, 23, 24 oder 28 der jeweiligen Teilspulengruppe 29 zugeordnet.In each case two of the partial coils 11 to 28 form one of nine nested partial coil groups 29. Of the four adjacent and belonging to a partial coil group 29 grooves, the first and the third groove of a partial coil 13, 14, 15, 19, 20, 21, 25, 26 or 27 and the second and the fourth groove of the other sub-coil 11, 12, 16, 17, 18, 22, 23, 24 or 28 of the respective sub-coil group 29 assigned.
Zwischen zwei benachbarten Teilspulengruppen 29 ist jeweils ein im Wesentlichen unbewickelter Zahn 30 vorhanden. In jedem dieser unbewickelten Zähne 30 verläuft ein röhrenförmigerBetween two adjacent partial coil groups 29, a substantially unwound tooth 30 is present in each case. In each of these unwound teeth 30 is a tubular
Kühlkanal 31, der beispielsweise mittels einer Längsbohrung in Richtung der Drehachse 4 hergestellt ist. Die Kühlkanäle 31 sind im Bereich von Wickelköpfen 32 und 33 in nicht näher gezeigter Weise angeschlossen oder umgelenkt. Die Kühlkanäle 31 sind nicht obligatorisch. Sie können auch weggelassen werden. Statt ihrer können weiterhin bei nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispielen auch anders ausgestaltete Versorgungskanäle vorgesehen sein.Cooling channel 31, which is made for example by means of a longitudinal bore in the direction of the axis of rotation 4. The cooling channels 31 are connected or deflected in the region of winding heads 32 and 33 in a manner not shown in detail. The cooling channels 31 are not mandatory. They can also be omitted. Instead of it can also be provided in alternative embodiments, not shown differently configured supply channels.
Wie in FIG 2 angedeutet, ist in axialer Richtung, also inAs indicated in FIG. 2, in the axial direction, ie in FIG
Richtung der Drehachse 4, auf beiden Stirnseiten des eigentlichen aktiven Teils des Ständers 2 jeweils ein Bereich für den Wickelkopf 32 bzw. 33 vorgesehen. Während die Leiter 9 der Teilspulenwindungen im Bereich des Wickelkopfs 32 lediglich umgelenkt werden, erfolgt im Bereich des Wickelkopfs 33 auch eine elektrische Zusammenschaltung der Teilspulen 11 bis 28.Direction of the axis of rotation 4, on both end sides of the actual active part of the stator 2 each have an area for the winding head 32 and 33, respectively. While the ladder 9 the partial coil windings in the region of the winding head 32 are merely deflected, an electrical interconnection of the partial coils 11 to 28 takes place in the region of the winding head 33.
Das Wicklungssystem 10 ist dreisträngig. Es umfasst also drei Wicklungsstränge 34, 35 und 36. In FIG 2 ist der erste Wick¬ lungsstrang 34 ist mit durchgezogener Linienführung, der zweite Wicklungsstrang 35 mit gestrichelter Linienführung und der dritte Wicklungsstrang 36 mit strichpunktierter Linienführung dargestellt.The winding system 10 is three-stranded. It includes three windings 34, 35 and 36. In FIG 2, the first Wick ¬ is lung strand 34 of the second winding phase with a solid line, shown 35 in dotted lines and the third phase winding 36 with dash-dotted lines.
Die eine Teilspule 13, 14, 15, 19, 20, 21, 25, 26 oder 27 und die andere Teilspule 11, 12, 16, 17, 18, 22, 23, 24 oder 28 jeder Teilspulengruppe 29 sind jeweils zwei verschiedenen der drei Wicklungsstränge 34, 35 und 36 zugeordnet.The one sub-coil 13, 14, 15, 19, 20, 21, 25, 26 or 27 and the other sub-coil 11, 12, 16, 17, 18, 22, 23, 24 or 28 of each sub-coil group 29 are each two different ones of the three Winding strands 34, 35 and 36 assigned.
Jeder der Wicklungsstränge 34, 35 und 36 setzt sich aus zwei parallel geschalteten Teilwicklungssträngen 37 und 38, 39 und 40 bzw. 41 und 42 zusammen. Die Teilwicklungsstränge 37 bis 42 umfassen jeweils eine Reihenschaltung dreier der Teilspulen 11 bis 28.Each of the winding strands 34, 35 and 36 is composed of two parallel-connected partial winding strands 37 and 38, 39 and 40 or 41 and 42 together. The partial winding strands 37 to 42 each comprise a series connection of three of the partial coils 11 to 28.
Unter Berücksichtigung der in FIG 2 zusätzlich eingetragenen durchgehenden Nummerierung der Nuten 6 ergibt sich für das Wicklungssystem 10 folgender Aufbau:Taking into account in FIG 2 additionally registered continuous numbering of the grooves 6 results for the winding system 10, the following structure:
Dem ersten Teilwicklungsstrang 37 des ersten Wicklungsstrangs 34 sind - die zweite und die vierte Nut für die erste Teilspule 11,The first partial winding strand 37 of the first winding strand 34 are the second and the fourth groove for the first partial coil 11,
- die sechste und die achte Nut für die zweite Teilspule 12, undthe sixth and the eighth groove for the second partial coil 12, and
- die fünfzehnte und dreizehnte Nut für die dritte Teilspule 13 zugeordnet.- The fifteenth and thirteenth groove assigned to the third sub-coil 13.
Dem zweiten Teilwicklungsstrang 38 des ersten Wicklungsstrangs 34 sind - die dreiunddreißigste und die fünfunddreißigste Nut für die vierte Teilspule 14,The second sub-winding strand 38 of the first winding strand 34 are the thirty-third and thirty-fifth slots for the fourth sub-coil 14,
- die neunundzwanzigste und die einunddreißigste Nut für die fünfte Teilspule 15, und - die vierundzwanzigste und die zweiundzwanzigste Nut für die sechste Teilspule 16 zugeordnet. Dabei weisen die erste, zweite und sechste Teil¬ spule 11, 12, bzw. 16 einen gleichen ersten Wicklungssinn auf. Die dritte, vierte und fünfte Teilspule 13, 14, bzw. 15 sind gegenläufig gewickelt. Sie haben also einen gleichen zweiten Wicklungssinn, der dem ersten Wicklungssinn entgegengesetzt ist .- the twenty-ninth and the thirty-first slot for the fifth sub-coil 15, and - the twenty-fourth and the twenty-second slot assigned to the sixth sub-coil 16. In this case 12, the first, second and sixth partial ¬ coil 11, and 16, a first same winding sense. The third, fourth and fifth sub-coil 13, 14, and 15 are wound in opposite directions. So you have a same second winding sense, which is opposite to the first sense of winding.
Die Nutbelegungen des zweiten und dritten Wicklungsstrangs 35 bzw. 36 sind verglichen mit der Nutbelegung des ersten Wicklungsstrangs 34 durch eine Modulo 36-Verschiebung um vierund¬ zwanzig bzw. zwölf Nutpositionen gegeben. Dies entspricht einer mechanischen Verschiebung um 240° bzw. 120°.The Nutbelegungen the second and third phase winding 35 and 36 are compared with the slot filling of the first phase winding 34 by a modulo 36 shift given at four and twenty ¬ or twelve slot positions. This corresponds to a mechanical displacement of 240 ° or 120 °.
Insgesamt ist das so resultierende Wicklungssystem 10 teil¬ verschachtelt. Es steht zwischen den bekannten Ausführungs¬ formen eines komplett, also dreisträngig verschachtelten Wicklungssystems und eines unverschachtelten Zahnspulen- Wicklungssystems .Overall, the resulting winding system 10 is partially interleaved ¬ . It is between the known Ausführungs ¬ forms of a complete, so three-strand interleaved winding system and a non-nested Zahnspulen- winding system.
Die elektrische Maschine 1 hat eine geringe Höhe der Wickel¬ köpfe 32 und 33 sowie einen hohen Wickelfaktor von etwa 0,945. Sie weist außerdem aufgrund der der inneren Wandung zugewandten großen Gesamtoberfläche aller Nuten 6 und auf- grund der optionalen Kühlkanäle 31 eine sehr gute Wärmeabfuhr auf. Günstig sind auch die kompakte Bauform und das geringe Gewicht. Mit Vorteil kann weiterhin auf bestehende Ständer- Blechschnitte anderer elektrischer Maschinen zurückgegriffen werden. Dies erhöht die Flexibilität und vermeidet neue kos- tenträchtige Investitionen. The electric machine 1 has a low height of the winding heads ¬ 32 and 33 and a high winding factor of about 0.945. It also has a very good heat dissipation due to the large wall surface facing the entire surface of all grooves 6 and the optional cooling channels 31. Also favorable are the compact design and low weight. Advantageously, it is also possible to resort to existing stator laminations of other electrical machines. This increases flexibility and avoids new costly investments.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrische Maschine mit einem Ständer, der sechsunddrei¬ ßig Nuten (6) und sechsunddreißig Zähne (7) in abwechselnder Reihenfolge sowie ein zumindest teilweise in den Nuten (6) angeordnetes Wicklungssystem (10) mit drei Wicklungssträngen (34,35,36) umfasst, wobei a) das Wicklungssystem (10) insgesamt achtzehn in jeweils zwei Nuten (6) verlegte Teilspulen (11-28) enthält, sodass zwischen den beiden einer der Teilspulen (13,14,15,19,20, 21,25,26,27) zugeordneten Nuten (6) eine einer anderen der Teilspulen (11,12,16,17,18,22,23,24,28) zugeordnete Nut (6) liegt, b) jeweils zwei der Teilspulen (11-28) eine von neun ver- schachtelten Teilspulengruppen (29) bilden, wobei von den vier benachbarten und zu einer Teilspulengruppe (29) gehö¬ rigen Nuten (6) die erste und die dritte Nut (6) der einen Teilspule (13,14,15,19,20,21,25,26,27) und die zweite und die vierte Nut (6) der anderen Teilspule (11,12,16,17, 18, 22,23,24,28) dieser Teilspulengruppe (29) zugeordnet sind, c) die beiden Teilspulen (11-28) jeder Teilspulengruppe (29) jeweils zwei verschiedenen Wicklungssträngen (34,35,36) zugeordnet sind, und d) zwischen zwei benachbarten Teilspulengruppen (29) jeweils ein im Wesentlichen unbewickelter Zahn (30) vorhanden ist.1. An electric machine comprising a stator sechsunddrei ¬ SSIG grooves (6) and thirty-six teeth (7) in an alternating sequence, as well as an at least partially arranged in the grooves (6) winding system (10) comprising three winding strands (34,35,36) wherein a) the winding system (10) contains a total of eighteen sub-coils (11-28) laid in each case in two grooves (6), so that between the two one of the sub-coils (13, 14, 15, 19, 20, 21, 25, 26,27) associated grooves (6) one of the other partial coils (11,12,16,17,18,22,23,24,28) associated groove (6), b) in each case two of the partial coils (11-28 ) form one of nine nested sub-coil groups (29), of the four adjacent and to a sub-coil group (29) gehö ¬ rigen grooves (6), the first and the third groove (6) of a partial coil (13,14,15 , 19, 20, 21, 25, 26, 27) and the second and the fourth groove (6) of the other partial coil (11, 12, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 28) of this partial coil group (29) c) the at the sub-coils (11-28) of each sub-coil group (29) are each assigned two different winding strands (34, 35, 36), and d) a substantially unwound tooth (30) is present between two adjacent sub-coil groups (29).
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der unbewickelten Zähne2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that within the unwound teeth
(30) ein Versorgungs- oder Kühlkanal (31) angeordnet ist.(30) a supply or cooling channel (31) is arranged.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass eine Polzahl im Bereich zwischen vierzehn und zweiundzwanzig, insbesondere von sechzehn oder zwanzig, vorgesehen ist .3. Electrical machine according to claim 1, characterized ge ¬ indicates that a number of poles in the range between fourteen and twenty-two, in particular of sixteen or twenty, is provided.
4 . E lekt ri s che Mas chine nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , das s ein Läufe r ( 3 ) mit Permanentmagneten4. The invention relates to a machine according to claim 1, which is a run r (3) with permanent magnets
( 5 ) vorge sehen i st . (5) see i st.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass a) jeder Wicklungsstrang (34,35,36) aus zwei parallel ge¬ schalteten Teilwicklungssträngen (37,38,39,40,41,42) mit jeweils drei in Reihe geschalteten Teilspulen (11-28) be¬ steht, wobei b) beim ersten Wicklungsstrang (34) bl) dem ersten Teilwicklungsstrang (37)5. Electrical machine according to claim 1, characterized ge ¬ indicates that a) each winding strand (34,35,36) consists of two parallel ¬ switched partial winding strands (37,38,39,40,41,42), each with three in series switched partial coil (11-28) is ¬ stands, wherein b) at the first winding strand (34) bl) the first partial winding strand (37)
- die zweite und die vierte Nut (6) für die erste Teilspule (11),the second and the fourth groove (6) for the first partial coil (11),
- die sechste und die achte Nut (6) für die zweite Teilspule (12), und- The sixth and the eighth groove (6) for the second sub-coil (12), and
- die fünfzehnte und dreizehnte Nut (6) für die dritte Teilspule (13) , b2) und dem zweiten Teilwicklungsstrang (38)the fifteenth and thirteenth grooves (6) for the third sub-coil (13), b2) and the second sub-winding strand (38)
- die dreiunddreißigste und die fünfunddreißigste Nut- the thirty-third and thirty-fifth grooves
(6) für die vierte Teilspule (14),(6) for the fourth sub-coil (14),
- die neunundzwanzigste und die einunddreißigste Nut- the twenty-ninth and the thirty-first groove
(6) für die fünfte Teilspule (15), und - die vierundzwanzigste und die zweiundzwanzigste Nut(6) for the fifth sub-coil (15), and - the twenty-fourth and twenty-second slots
(6) für die sechste Teilspule (16) zugeordnet sind, b3) und die erste, zweite und sechste Teilspule (11,12,(6) are assigned to the sixth sub-coil (16), b3) and the first, second and sixth sub-coils (11, 12,
16) einen gleichen ersten Wicklungssinn aufweisen und die dritte, vierte und fünfte Teilspule (13,14,15) ei¬ nen gleichen zweiten Wicklungssinn, der dem ersten Wicklungssinn entgegengesetzt ist, aufweisen, und c) Nutbelegungen des zweiten und dritten Wicklungsstrangs16) have a same first winding sense and the third, fourth and fifth sub-coil (13,14,15) ei ¬ NEN same second winding sense, which is opposite to the first winding sense, have, and c) groove assignments of the second and third winding strand
(35, 36) verglichen mit der Nutbelegung des ersten Wick- lungsstrangs (34) durch eine Modulo 36-Verschiebung um vierundzwanzig bzw. zwölf Nutpositionen gegeben sind. (35, 36) compared to the slot assignment of the first winding strand (34) are given by a modulo 36 shift by twenty-four or twelve groove positions.
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